[发明专利]一种多孔氨基功能化石墨烯催化材料及制备与应用

说明书

本发明属于电化学材料领域，公开了一种多孔氨基功能化石墨烯催化材料及制备与应用。将氧化石墨烯和氨源加入到溶剂中，搅拌溶解均匀后进行水热处理，产物经离心洗涤，冷冻干燥，得到氨基功能化石墨烯；将氨基功能化石墨烯分散在强碱溶液中，加热搅拌侵蚀反应，再转移至球磨罐中进行球磨打孔，用酸中和反应液，固体产物经分离、洗涤、冷冻干燥，得到多孔氨基功能化石墨烯材料。本发明制备方法简单，只需要在80℃和碱性条件下进行，所得催化材料具有很好的电化学氢析出催化性能和较好的稳定性能，能够促进规模化水电解催化材料的发展。

技术领域

本发明属于电化学材料领域，具体涉及一种多孔氨基功能化石墨烯催化材料及制备与应用。

背景技术

氢是地球上最轻也是含量最丰富的元素，燃烧后的产物只有水，是真正意义上的＂零污染＂燃料，因而最具吸引力。近几十年来，随着全世界能源需求量的持续上升，寻找开发新能源来代替己有化石燃料的研究受到越来越多的关注。氢能具有清洁、高效、易储存、安全、可运输等许多优点。随着化石燃料的枯竭及环境问题的日益严重，这种二次能源显然是一种无污染的新世纪理想绿色能源，氢能越来越受到人们的重视。现在工业上一般采用裂化石油制氢或水煤气法制氢，送样不仅消耗石油和煤炭的储量，同时还会产生大量有毒有害气体，危害人类赖以生存的环境。地球上水储量丰富，地球表面约有71％被水覆盖，光解水制氢及电解水制氢是比较洁净的制氢方式，也是目前比较好的选择。迄今为止，人们研究开发的光催化系统中仍然存在着诸多问题，比如光催化剂在可见光范围内催化活性低及光源的不稳定性等多种因素直接限制了光解水的商化化。

水电解制氢是一种实现工业化廉价制备氢气的重要手段，不会污染环境，并且得到的氢气产品纯度高。但该技术存在的最大问题是电能消耗大，使得生产成本偏高，造成电能消耗大的主要原因是电解电极的析氢过电位过高，因此研究降低氧过电位来降低电解能耗尤为重要。为了降低阴极过电位以节约能耗，研究低析氢过电位、高催化活性的阴极材料具有重要的意义。影响析氢材料催化活性的因素主要有能量因素和几何因素。因此，制备高催化活性的析氢阴极材料，主要通过两种方式实现：一是寻找高催化活性的新型催化材料，提高电极本身的电化学活性；二是提高电极的真实比表面积，即增大电极的表面粗糙度，使电解过程中电极表面的真实电流密度降低，达到降低析氢过电位的目的。

目前用于电解水的电极材料存在价格昂贵、比表面不大、电催化活性不高等缺点，导致电解电极析氢电位过高、能耗过大，严重制约了电解水法制氢技术的发展。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种多孔氨基功能化石墨烯催化材料的制备方法。本发明通过侵蚀打孔的方法，所得催化材料具有比表面积大、电催化析氢活性强、电解水制氢能耗低、效率高等优点。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的多孔氨基功能化石墨烯催化材料。

本发明的再一目的在于提供上述多孔氨基功能化石墨烯催化材料在电解水产氢催化中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种多孔氨基功能化石墨烯催化材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将氧化石墨烯和氨源加入到溶剂中，搅拌溶解均匀后进行水热处理，产物经离心洗涤，冷冻干燥，得到氨基功能化石墨烯；

(2)将氨基功能化石墨烯分散在强碱溶液中，加热搅拌侵蚀反应，再转移至球磨罐中进行球磨打孔，用酸中和反应液，固体产物经分离、洗涤、冷冻干燥，得到多孔氨基功能化石墨烯材料。

作为优选，步骤(1)中所述氨源为氨水、三聚氰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

作为优选，步骤(1)中所述氧化石墨烯加入质量与氨源的质量比为(25～100):1。

作为优选，步骤(1)中所述溶剂为DMF、水和无水乙醇中的至少一种。